Producción de sedimentos y estimación de playas de
inundación en la cuenca del río Rocha
Villazón, M.F., Fiengo, F., Montenegro E.
U n i v e r s i d a d M a y o r d e S a n S i m ó n , L a b o r a t o r i o d e H i d r á u l i c a , K m . 4 . 2 A v e n i d a P e t r o l e r a , C o c h a b a m b a - B o l i v i a . m a u r i c i o . v i l l a z o n @ f c y t . u m s s . e d u . b o
1 INTRODUCCION
El presente proyecto de investigación esta dividido en dos tareas específicas, la estimación del potencial erosivo de la cuenca y el análisis de parámetros hidráulicos del cauce principal para la determinación de playas de inundación.
2 ESTIMACION DEL POTENCIAL
EROSIVO DE LA CUENCA
El potencial erosivo de la cuenca en estudio es evaluado a dos niveles de discretización temporal, la primera comprende una cuantificación del aporte promedio anual de sedimentos para cada una de las subcuencas del área de estudio, la segunda consiste en el calculo del aporte de sedimentos para eventos de 20 y 50 años de periodo de retorno, en este caso las cuantificaciones son realizadas solo para las subcuencas priorizadas, estas cuencas con su respectiva área y perímetro son mostradas en el Cuadro 1.
Cuadro 1: Subcuencas priorizadas
Subcuenca Perímetro Km Área Km2 Pucara Mayu 117,75 438,114 Siches 142,21 471,119 Chocaya 43,76 71,143 Pankoruma 37,76 63,255 Viloma 64,04 132,696
2.1 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL
EROSIVO POR SUBCUENCAS.
Toda la zona de estudio fue dividida en 18 subcuencas, mostradas en la Figura 1, su denominación, perímetro y superficie de drenaje son presentadas en el Cuadro 2, observando que: las primeras 11 subcuencas son afluentes al río Rocha, las subcuencas denominadas sin aporte A y sin aporte B drenan sus aguas a las lagunas Alalay y Cota respectivamente, las ultimas 5 cuencas del Cuadro 2, corresponden a la zona denominada Valle Alto y drenan sus aguas a la represa de La Angostura.
2.1.1 Metodología para la estimación del potencial erosivo por subcuencas en toda el área de estudio.
La estimación de la producción de sedimentos por erosión superficial, para cada una de las subcuencas de la zona de estudio es realizada mediante el uso del modelo de
Djorovic, formulación empírica creada para zonas de montaña, que tiene en cuenta la interacción de los factores climáticos, topográficos litológicos y de uso de suelos. Los cálculos son realizados mediante un Sistema de Información Geográfica a nivel de píxel con una resolución de 30 x 30 m. De la aplicación del método se obtiene el caudal sólido medio (W) en m3/año.
Cuadro 2: Subcuencas del estudio, perímetro y
superficie de drenaje
Subcuenca Perímetro (Km) Área (km2) Viloma 92,3 277,8 Khora 51,5 81,8 Chulla 43,9 52,4 Waikuli - Tacata 70,7 135,2 Pampamayu - Chijllawiri 63,5 90,3 Canal Rocha 53,9 142,6 Sacaba 108,0 448,4 Tamborada 75,8 170,3 Laguna pampa 28,5 31,2 Khullkumayu 30,0 19,5 Seco 46,4 95,1 Sin aporte_A 15,3 14,5 Sin aporte_B 52,5 59,6 Sulti 208,7 1129,4 Cliza 173,4 686,4 Rep_Angostura 59,6 117,6 Laka Laka 39,2 56,9 Angostura Alta 26,4 34,4 2.1.2 ResultadosLos resultados determinados mediante el uso del modelo de Djorovic se presentan en la Figura 2 las magnitudes encontradas fluctúan entre los 883 m3/km2/año para la cuenca de Cliza, hasta 1689 m3/km2/año para la cuenca Chulla, destacando la tasa de aporte de sedimentos obtenida, para la cuenca de Laka Laka que alcanza un valor de 1557 m3/año/km2, valor coherente si es comparado con la tasa promedio de 1860 m3/año/km2, obtenido por el Laboratorio de Hidráulica de la UMSS, mediante la ejecución de varias batimetrías en el embalse.
# Y # Y # Y #Y #Y #Y #Y #Y # Y # Y 11 10 1 12 6 8 2 13 15 4 9 14 16 7 5 17 3 18 Arani Punata Tolata Tarata Sacaba Arbieto Tiraque Tiquipaya Sipe Sipe San Benito Cochabamba Quillacollo Villa Rivero German_Jordan 20 0 20 40 Kilometers Subcuencas 1 Viloma 10 Cliza 11 Sulti 12 Sacaba 13 Canal Rocha 14 Pampamayu - Chijllawiri 15 Waikuli - Tacata 16 Khora 17 Chulla 18 Sin aporte A 2 Seco 3 Khullkumayu 4 Sin aporte B 5 Laguna pampa 6 Tamborada 7 Angostura Alta 8 Rep Angostura 9 Laka Laka Rios Lagunas Importantes N
Figura 1 Mapa de cuencas de aporte
N Lagunas Importantes Rios Erosión en m3/km2/año 994 - 1126 1126 - 1353 1353 - 1567 1567 - 1689 # Y Poblaciones 883 - 994 20 0 20 40 Kilometers # Y # Y #Y # Y #Y #Y # Y #Y # Y #Y # Y # Y # Y # Y # Y # Y 994.0 883.0 1557.0 1126.0 927.0 901.0 1079.0 1353.0 1517.0 1689.0 1567.0 1683.0 1526.0 1270.0 1543.0 1248.0 1270.0 1236.0 11 10 1 12 6 8 2 13 15 4 9 14 16 7 5 17 3 18 0
2.2 DETERMINACIÓN DEL APORTE DE SEDIMENTOS POR EVENTOS PARA CUENCAS PRIORIZADAS
El aporte de sedimentos para las cuencas prioritarias, es calculado para eventos lluviosos de 10, 20 y 50 años de periodo de retorno
En este caso se utiliza el modelo distribuido de fundamento físico denominado: LISEM - Limburg Soil Erosion Model.
2.2.1 Metodología empleada para la estimación del aporte de sedimentos para eventos.
La estimación del aporte de sedimentos comprende las siguientes etapas:
Generación de mapas básicos de limites de subcuencas, topografía, drenaje Geomorfología y uso de suelo.
Extracción de muestras de suelo inalteradas en campo y análisis de laboratorio para inferir los diferentes parámetros del modelo de simulación de erosión y transporte de sedimentos.
Incorporación al modelo de características Agua – Suelo y parámetros de erodabilidad
Calibración del componente de escurrimiento líquido del modelo, para el efecto se utiliza como referencia el caudal máximo calculado en base a datos de sección, pendiente y marcas de agua máxima medidos durante la campaña de campo. Validación de los resultados del aporte de
sedimentos a la salida de las cuencas prioritarias, usando para el efecto referencias y resultados de estudios anteriores.
2.2.2 Resultados
Una vez aplicada la metodología descrita en el subcapitulo anterior, se obtienen los volúmenes de aporte de sedimentos por subcuenca priorizada y para eventos lluviosos de 10, 20 y 50 años de periodo de retorno, a modo de ilustrar se presentan los resultados solo de la cuenca Chocaya (Cuadro 3), las tasas de aporte específico en kg/ha, son también presentadas.
Cuadro 3: Volúmenes y tasas de sedimento para
diferentes periodos de retorno.
Chocaya Periodo de retorno (años) Volumen de sedimento (Tn) Aporte especifico Kg/ha Tr10 3906 597.8 Tr20 7035 1076.6 Tr50 27112.35 4149 3 ANÁLISIS DE PARÁMETROS HIDRÁULICOS 3.1 INTRODUCCIÓN
El análisis de los parámetros hidráulicos es indispensable para la comprensión de los procesos morfológicos. En el presente estudio se realiza la modelación hidrodinámica del flujo superficial de los cauces más importantes en la cuenca del río Rocha.
Los parámetros hidráulicos determinados son: velocidades, tirantes y capacidad de arrastre de sedimentos.
Se utilizaron hidrogramas de crecida con tiempos de retorno de: 10, 25 y 50 años. Estos hidrogramas fueron considerados a la salida de cada subcuenca que tenga un aporte directo al cauce del rió en estudio.
3.2 METODOLOGÍA
Se utilizó el modelo hidráulico – fluvial bidimensional de transito de inundaciones denominado FLO-2D (O'Brien J., 2006). Este es un modelo de conservación de volúmenes que distribuye un hidrograma de inundación sobre una red de elementos cuadrados. FLO-2D.
El modelo requiere como datos de ingreso: el mapa de elevación digital, curso del cauce principal, secciones transversales a lo largo del canal e hidrogramas de crecida como ingreso al canal principal, para el análisis morfológico se emplearon los datos de los análisis granulométricos de muestras levantadas en campo.
3.3 MODELACIÓN y ESCENARIOS
El río Cliza fue modelado para eventos con tiempo de retorno de 25 y 50 años, para fines de calibración se observo en campo los niveles máximos históricos, que son apreciados en las pilas del puente ubicado en el camino a Tarata. La máxima marca histórica esta ubicada a 2.7 metros sobre el nivel del lecho, los resultados del modelo mostraron que el nivel máximo de agua en la sección del puente para un periodo de retorno de 25 años es de 2.85 metros lo cual demuestra que el modelo representa de manera correcta los niveles de crecida. Por otro lado, para corroborar las áreas de inundación calculadas por el modelo se realizo una visita al municipio de Cliza, teniendo una entrevista con el oficial mayor técnico.
Para la modelación del río Rocha se adopto uno de los escenarios más desfavorables en términos de aporte máximo de caudal, reportado en el estudio de Hidrologia del río Rocha, elaborado por el LHUMSS (2004) para la Alcaldía de Cochabamba.
El escenario mencionado considera el aporte de todas las cuencas de la cordillera del Tunari al río Rocha, con excepción de la de Sacaba, adicionalmente se tiene el aporte del río Tamborada.
3.4 RESULTADOS
La modelación hidráulica en el río Cliza permite obtener los siguientes resultados:
Con relación a los tirante de agua, en el Figura 3 se presentan las laminas de agua tanto en el canal principal como en las planicies de inundación. Se observa que esta representación permite delimitar las zonas con riesgo de inundación, en este caso se identifica que la zona este de
la población se vería afectada con inundaciones para un evento lluvioso de 25 años de periodo de retorno.
Con relación al río Rocha, de igual manera mapas de riesgo de inundación fueron elaborados, a modo de ilustración se presentan los resultados para un evento lluvioso de 10 años de periodo de retorno, bajo el escenario de aporte descrito anteriormente (Figura 4). En el Figura 4, se presenta la distribución de velocidades y como es de esperar, los valores mas bajos ocurren en las planicies de inundación.
LEYENDA DE MAPA DE TIRANTES (m) Planicie inundación metros 0.01 - 0.5 0.5 - 1 1 - 1.5 1.5 - 2 2 - 2.5 0.01 - 1.76 1.76 - 3.52 3.52 - 5.28 5.28 - 7.04 Canal metros N E W # Y # Y # Y Arbieto Cliza 2 0 2 4 6 8 Kilometers
0.01 - 0.25 0.25 - 0.5 0.5 - 0.75 0.75 - 1.1 0.01 - 0.5 0.5 - 1 1 - 1.5 1.5 - 2 2 - 2.5 2.5 - 3 3 - 3.5 3.5 - 4 4 - 5 LEYENDA DE MAPA DE VELOCIDADES (m/s) Canal metros/segundo Planicie inundación metros/segundo S N E W 2 0 2 4 6 8 Kilometers
Figura 4 Mapa de velocidades del río rocha (tr=10 años)
4 REFERENCES
PROMIC, 1994, “Perdida de suelos en áreas de cultivo en la cuenca Taquiña”
O. Prado. 1995, “Estudios de erosión, uso de la ecuación universal de perdida de suelo, en los cultivos de la cuenca Taquiña “elaborado en el contexto del convenio LHUMSS- PROMIC en el año 1995.
LHUMSS-PROMIC, “Estimación de tasas de erosión en las cuencas Pintu Mayu y La Pajcha”
Northwest hydraulic consultants Ltd. 1995, “ An assesment of sediementation of Laka Laka reservoir , Bolivia”, Canadian Development Agency.
PRONAR., 2001, “Sedimentos en microcuencas y diseño de obras de almacenamiento”
LHUMSS., 2004, “Estudio Hidrológico para el dragado del río Rocha”
